Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Достижения радиоэлектроники и микроэлектроники базируются на исследованиях и открытиях в области физики твердого тела и твердотельной технологии. Основу современной развивающейся микро- и наноэлектроники составляет идея изготовления искусственных периодических гетероструктур, состоящих из различных полупроводников, диэлектриков и металлов, со слоями, толщиной порядка нескольких нанометров.
Проблемы разработки современных базовых технологий производства систем микроэлектроники и новых материалов в основном упираются в решение задачи миниатюризации, как отдельных модулей, так и систем в целом. При этом переход на наноуровень возможен только при решении, в свою очередь, теоретических задач прогнозирования и практических задач прямого экспериментального исследования отдельных наноструктур и наноструктурированных материалов.
Развитие радиотехники и наноэлектроники поставило новые требования к элементам радиотехнических систем, использующих кристаллическое состояние вещества: квазикристаллы, нанокластеры, сверхрешеткии, гетероструктуры. Моделирование процесса их роста («снизу вверх») и образования («сверху вниз») является особенно актуальным в наши дни. Тем не менее, пока еще не создана достаточно полная теория зарождения и роста самих кристаллов, не выяснены вопросы взаимодействия «сопрягающихся» материалов при эпитаксии, почти отсутствует достоверная информация о наноструктурах конкретных веществ (исключая богатую информацию об углеродных наноматериалах). Все это тормозит развитие вычислительных систем, систем связи и локации, передачи и приема информации, и решение этих проблем следует искать на пути создания радиотехнических устройств, занимающих физически малый объем, - наносистем. Поэтому решение перечисленных выше проблем и задач по разработке основ наноструктурного анализа, по развитию методов моделирования роста и образования наноструктур, в том числе и с полупроводниковыми свойствами, а также по моделированию этапов сборки радиотехнических наносистем является актуальным.
Цель работы и задачи исследования.
Целью работы является исследование и компьютерное моделирование наноструктурных элементов радиосистем, и разработка основ технологии сборки радиотехнических микро- и наносистем.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
-
Создание единого комплекса компьютерных программ «Компьютерный наноскоп», предназначенного для моделирования наноструктур и компьютерного проектирования наносистем.
-
Проведение наноструктурных исследований квантовых точек некоторых органических полупроводников, диэлектриков и металлов, используемых в системах наноэлектроники.
-
Разработка модели непериодической фрактальной сверхрешетки, в том числе с изменяемой симметрией, как элемента управляемой радиосистемы на микро- и наноуровне.
-
Расчёт излучательных свойств созданной модели фрактальной сверхрешетки.
-
Проведение экспериментальных исследований поверхности некоторых перспективных материалов для сборки радиосистем на наноуровне методами электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентной спектрометрии и рентгеновской дифрактометрии.
-
Разработка модели МОП-структуры на наноуровне.
-
Разработка модели структуры металл-оксид-металл на наноуровне.
-
Разработка общих рекомендаций для компьютерного проектирования наноструктурных элементов для радиотехнических систем.
Методы исследований.
В работе использован метод дискретного моделирования молекулярных
упаковок и методы компьютерного моделирования роста наноструктур на
базе международных банков структурных данных. Исследование свойств
некоторых перспективных материалов для радиотехнических наносистем
проведено методами рентгенодифракционного анализа,
рентгенофлуоресцентной спектроскопии и электронной микроскопии.
Объекты исследований.
Компьютерные модели элементов радиотехнических устройств на наноуровне. Поверхности некоторых перспективных материалов для радиотехнических микро- и наносистем.
Основные результаты, представляемые к защите:
-
Методика расчета моделей молекулярных наноструктур реальных соединений от молекулярной структуры на первом этапе к модельным упаковочным полиэдрам роста на конечном этапе.
-
Методика компьютерного моделирования нанокластеров структур органических полупроводников (антрацена, пентацена, коронена), диэлектриков (на примере серы), металлов (на примере меди).
3. Этапы проектирования радиотехнических наносистем на основе органических полупроводников, металлов и окислов.
Научная новизна диссертационной работы заключается:
в разработке методики послойного роста кристаллических зародышей органических полупроводников (класса полиаценов), металлов и диэлектриков, с целью создания радиотехнических наносистем;
в создании модели фрактального нанообъекта на базе математической операции свертки точечных функций;
в создании модели фрактальной непериодической сверхрешетки для управляемого приемно-передающего устройства на микро- и наноуровне;
в создании модели МОП-структуры на основе алюмооксида и органических полупроводников.
в создании модели структуры металл-оксид-металл на основе алюмооксида и нанокластеров меди.
Практическая значимость полученных результатов заключается в создании программно-технологического комплекса компьютерных средств обработки информации о структурах для микро- и наноэлектроники. Применение данного комплекса позволит:
получить гетероструктуры с заданными электрофизическими свойствами;
повысить надежность радиосистем, электронных приборов;
- удешевить и сократить сроки их разработки.
Личный вклад автора заключается:
в компоновке комплекса компьютерных программ «Компьютерный наноскоп»;
в апробации комплекса «компьютерный наноскоп» на ряде кристаллических наноструктур (медь, сера, антрацен, пентацен, коронен) и проведении сравнительного геометрический анализа их кристаллических структур;
разработке моделей фрактальных непериодических сверхрешеток с управляемой симметрией;
в проведении серии экспериментов на основе созданных моделей в CAnPAntSoftHFSS;
в проведении серии экспериментов по исследованию технологических свойств некоторых перспективных материалов для микро- и нанотехнологии методами рентгенодифракционного анализа, рентгенофлуоресцентной спектроскопии и электронной микроскопии;
в разработке модели МОП-структуры на наноуровне.
Результаты работы внедрены и реализованы:
-
В Micro Components Ltd.- Russia, OOO «МСЛР» при выполнении НИР по теме: «Разработка прикладного программного обеспечения для конструирования светодиодных подложек, производимых по технологии «ALOX» с учетом тепловых процессов».
-
В малом инновационном предприятии ООО «НЛП «НАНОтех», для компьютерного моделирования структурообразования нанокластеров при создании новых композитных материалов.
-
В ФГБОУ ВПО ВлГУ использованы в учебном процессе при подготовке специалистов по направлениям «Нанотехнология» и «Радиотехника».
Апробация работы и публикации. Работа выполнена автором и является результатом исследований, в которых автор принимал непосредственное участие в течение последних 4 лет. За это время, по теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе: 6 научных статей в журналах из перечня ВАК, 11 тезисов докладов на научных конференциях и патент на полезную модель. Также результаты диссертационной работы были представлены в виде стендового доклада на международном форуме по нанотехнологиям Rusnanotech 2011.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, иллюстрирована 71 рисунком. В список литературы внесено 93 источника.
